Они называют это «хрупкой гипотезой Y»."
Идея биологов состоит в том, что на судьбу Y-хромосомы сильно влияет то, как мейоз или выработка сперматозоидов происходит в организме.
Они считают, что размер области, в которой генетическая информация X и Y смешивается или рекомбинируется, может служить убедительным свидетельством того, что вид подвержен риску потери Y-хромосомы во время производства спермы. Предыдущая работа приписывала потерю Y-хромосомы меньшей важности генов, которые она несет.
Хит Блэкмон, доктор наук.D. студент Техасского университета в Арлингтоне сказал, что большинство предыдущих исследований половых хромосом проводилось либо на млекопитающих, либо на плодовых мушках.
Но жуки — самая разнообразная группа на планете — ученые уже описали и дали названия более чем 350 000 видов.
«Одна из главных причин, по которой мы хотели провести это исследование, заключалась в том, чтобы увидеть, откроют ли жуки что-нибудь новое о том, как развиваются половые хромосомы», — сказал Блэкмон, который также работал над исследованием в Национальном центре эволюционного синтеза в Дареме, Север Каролина.
Блэкмон и Джеффри Демут, адъюнкт-профессор биологии UT в Арлингтоне, стали соавторами статьи, опубликованной в июньском выпуске журнала Genetics, посвященной этой работе, которая была поддержана грантом Национальных институтов здравоохранения.
Работа входит в специальный сборник «Генетика пола» Американского общества генетиков.
Гены X и Y контролируют определение пола человека, при этом комбинация XY дает мужской пол, а комбинация XX дает женский пол. Отчасти исследователи изучают эволюцию этих хромосом, чтобы больше узнать об эволюции человека и его болезнях.
Некоторые заболевания, например гемофилия, связаны только с генами половых хромосом.
Как и у людей, определение пола у жуков контролируется парой XY, и в большинстве случаев Y меньше, чем X. В обеих группах должны действовать одни и те же эволюционные силы.
«Одна из вещей, которыми интересуется моя лаборатория, — это эволюция архитектуры генома и ограничения, при которых эта архитектура развивается», — сказал Демут. «Половые хромосомы особенно интересны, потому что они, очевидно, являются ключевым переключателем развития, а ошибки, приводящие к слишком большому или слишком малому количеству копий, приводят к нескольким важным заболеваниям человека."
Помимо комбинации XY, связанной с млекопитающими, существует комбинация ZW для птиц и некоторых других животных. В природе бывают случаи, когда и Y, и W теряются в результате эволюции, создавая пары XO и ZO.
Традиционно ученые объясняют потерю, говоря, что Y-хромосома не должна содержать достаточно важной генетической информации, и поэтому она необязательна.
В этом процессе любые важные гены перемещаются от Y к другой хромосоме, и определение пола происходит другим путем. Некоторые ученые даже предположили, что Y-хромосоме человека осталось всего около 10 миллионов лет, прежде чем все гены на Y-хромосоме будут потеряны.
Чтобы выяснить, есть ли что-то еще в потере Y-хромосомы, Блэкмон и Демут собрали базу данных кариотипов, своего рода карту хромосом, для 4724 видов жуков, также известных как отряд жесткокрылых.
В этой обширной области они обнаружили то, что они назвали «существенными вариациями в системах половых хромосом."Затем они сосредоточили внимание на двух крупнейших подотрядах семейства жуков — Polyphaga, которая имеет относительно стабильную Y-хромосому, и Adephaga, которая имеет менее стабильную Y-хромосому.
Полученная в результате гипотеза хрупкой Y фокусируется на различиях в том, как X- и Y-хромосомы делятся при производстве спермы. У многих видов, включая человека, есть места на X- и Y-хромосомах, где две хромосомы рекомбинируют или смешиваются. Это называется «псевдоавтосомальная область» или PAR.
У видов, которые имеют PAR, центральное значение имеет обеспечение того, чтобы сперматозоиды получали либо X-, либо Y-хромосому.
Предыдущие генетические исследования показали, что естественный отбор сужает область рекомбинации между X и Y, позволяя передавать разные версии гена тому полу, от которого они больше всего выигрывают.
В новой статье говорится, что уменьшение PAR делает рождение потомства без X или Y от отца более вероятным.
Кроме того, есть некоторые виды, у которых нет псевдоавтосомной области, и специальные белки содержат X- и Y-хромосомы на их пути к сперматозоидам. Теория команды UT Арлингтона утверждает, что отсутствие зависимости от PAR снижает вероятность того, что эти виды потерпят потерю Y.
Результаты исследования жуков, проведенного командой UT в Арлингтоне, достойны сравнения в мире млекопитающих. Плацентарным млекопитающим обычно требуется PAR для точного разделения X и Y на сперматозоиды, в то время как сумчатые животные, такие как кенгуру, этого не делают.
Согласно гипотезе, плацентарные млекопитающие теряли Y-хромосому несколько раз, а сумчатые — нет. Кроме того, у плацентарных млекопитающих именно те, у кого более мелкие PAR, такие как грызуны, чаще всего теряют Y.
«Подтверждение закономерностей, которые мы затем обнаружили у млекопитающих, важно, потому что это означает, что даже в группах, разделенных сотнями миллионов лет, обнаруживаются закономерности, предсказанные этой гипотезой», — сказал Блэкмон, добавив, что у млекопитающих и птиц, похоже, есть » необычно стабильные половые хромосомы и определение пола.«Многие другие группы животных, в том числе рыбы, показывают, что половые хромосомы легче изменять в процессе эволюции», — сказал он.